Lämpötulostimen periaate on peittää vaalea materiaali (yleensä paperi) läpinäkyvällä kalvolla ja kuumentaa kalvo tietyn ajan kuluessa tummaksi (yleensä mustaksi, myös siniseksi). Kuva syntyy kuumentamalla ja aiheuttamalla kemiallinen reaktio kalvossa. Tämä kemiallinen reaktio suoritetaan tietyssä lämpötilassa. Korkeat lämpötilat voivat nopeuttaa tätä kemiallista reaktiota. Kun lämpötila on alle 60 ° C, kalvon tummeneminen vie kauan, ja kun lämpötila on 200 ° C, tämä heijastus tapahtuu muutamassa mikrosekunnissa.
Lämpötulostin lämmittää selektiivisesti lämpöpaperin määritetyn aseman, jolloin syntyy vastaava kuvio. Lämmityksen tuottaa tulostuspään pieni sähkölämmitin, joka on kosketuksessa lämpöherkän materiaalin kanssa. Lämmittimet on järjestetty tulostimella neliömaisiksi pisteiksi tai raidoiksi logiikan ohjaamista varten. Ajettaessa lämpöpaperille syntyy kuumennuselementtiä vastaava kuvio. Sama logiikkapiiri, joka ohjaa lämmityselementtiä, ohjaa myös paperinsyöttöä, jotta grafiikat voidaan tulostaa koko tarralle tai paperille.
Yleisin lämpötulostin käyttää kiinteää tulostuspäätä, jossa on lämmitetty pistematriisi. Tulostuspää on varustettu 320 neliön pisteellä, jokaisen pisteen koko on 0,25 mm × 0,25 mm. Tällä pistematriisilla tulostin voi tulostaa pisteitä mistä tahansa kohdasta lämpöpaperia. Tätä tekniikkaa on käytetty paperitulostimissa ja tarratulostimissa.
